¿Cómo se modela el movimiento de un péndulo si se mueve a través de un ángulo grande?

Estableces el problema como lo harías si fuera un ángulo pequeño usando tu método de elección (lagrangiano, newtoniano, lo que sea) y obtienes

[matemáticas] \ ddot {\ theta} + \ dfrac {l} {g} sin \ theta = 0 [/ matemáticas]

que se reduce a un oscilador armónico simple para valores pequeños de [math] \ theta [/ math]. Con algo de aritmética puedes resolver la ecuación en términos de tiempo para obtener

[matemáticas] t = \ dfrac {l} {2g} \ int_ {0} ^ {\ theta ‘} \ dfrac {d \ theta} {\ sqrt {cos \ theta-cos \ alpha}} [/ math]

dado el valor inicial [math] \ theta_0 = 0 [/ math] en [math] t = 0 [/ math] y define [math] \ alpha = \ theta [/ math] cuando [math] \ dot {\ theta} = 0 [/ matemáticas].

Esta integral se puede llevar a la forma de una integral elíptica del primer tipo y resolver durante el período del péndulo:

[matemáticas] T = 2 \ pi \ sqrt {\ dfrac {l} {g}} \ left (1+ \ dfrac {1} {4} k ^ 2 + \ dfrac {9} {64} +… \ right) [/matemáticas]

donde [matemáticas] k ^ 2 \ equiv sin ^ 2 (\ alpha / 2) [/ matemáticas].

Este es uno de esos tipos de problemas no lineales donde los diagramas de espacio de fase dan la mejor visión. En el espacio de fase, normalmente graficamos la posición frente a la velocidad y rastreamos la trayectoria a medida que evoluciona con el tiempo. Para un sistema periódico, estas serán curvas cerradas. Para el comportamiento del péndulo de gran ángulo, vea aquí: http://www.dam.brown.edu/people/

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